运用生态修复技术保护自然生态环境——酸性矿山废水自然中和形成铁的矿物学研究

徐秀月，王宁宁（外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院），重庆400042）

运用生态修复技术保护自然生态环境
——酸性矿山废水自然中和形成铁的矿物学研究

徐秀月，王宁宁
（外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院），重庆400042）

酸性矿山废水（Acid mine drainage，AMD）是指矿物在开采过程中产生的pH＜5，富含Fe2+、SO42-以及其他重金属有害的水体，其进入天然水体中会形成不同类型的铁矿物，对环境造成不利影响。本文将对AMD进入天然水体后形成的铁矿物的类型、结构等做相应的介绍。

酸性矿山废水；水铁矿；施氏矿物；针铁矿

当今由于工业发展的需要，人类对矿产资源需求量在不断增加，随之而来的矿产在开采过程中产生AMD，这是全球面临的重大环境污染问题，AMD进入天然水体中会产生严重的污染，而且会形成不同类型及结构的铁矿物，在AMD中，Fe是重要的溶解态物质，其存在的铁矿物能吸持大量重金属元素，由此会对水体的自净产生一定的作用［1］。

1　AMD自然中和形成的矿物种类及特征

AMD进入天然水体后是否形成沉淀由水体的物理、化学及生物特性共同决定的。不同的pH环境下铁矿物产生的种类主要包括施氏矿物、针铁矿、水铁矿等。

1.1水铁矿

水铁矿是地表水环境中存在的较为广泛的铁含水（氢）氧化物，化学通式为FeOOH·xH2O［2］，其中x为0～1之间的任意数值，在自然环境中一般 x的值为 0.8和 0.6，其中 x为0.8时，矿物会在 XRD图谱上出现 2个宽峰，因此也被称作2线水铁矿，x为 0.6时会有 6个峰，故被称作 6线水铁矿。研究表明，AMD在汇入未污染溪水中生成的大量沉淀主要以无定形的水铁矿为主，且其形成受 pH和浓度的影响，水铁矿结晶颗粒很小，结晶度差［3］，同时比表面积高，水铁矿会有很强的吸附能力。此外，水铁矿晶体结构的稳定性较差，结构中的Fe容易被其它元素所取代，因此容易捕获其它元素，使得各种杂质元素能以共沉淀的方式赋存于其中［4］。

1.2施氏矿物

施氏矿物是在1994年被命名，是研究者在研究AMD沉积物的矿物学特征时发现的，是一种结晶度很低的铁矿物，研究者证实接纳AMD的沉积物中存在有施氏矿物，其对重金属离子有吸附和共沉淀的作用。施氏矿物为次生羟基硫酸盐高铁矿物。研究［5］证实施氏矿物的化学组成可表示为 Fe8O8 （OH）8-2x（SO4）x，其中 1≤x≤1.75。施氏矿物是一种结晶度较差，且施氏矿物中-OH活性强，矿物表面吸附有大量的、对其结构起稳定作用的［6］。

1.3针铁矿

针铁矿是表生环境中的主要矿物，其以黄色、黄棕色粉末状、针状存在。针铁矿广泛存在于土壤、河流、湖泊以及海洋的沉积物中。1980年澳大利亚发现博丁顿（Bdodingtno）大型红土型金矿后，这种表生风化作用形成的红土型金矿，储有大量的红土型（三水铝石型）铝土矿，含铁矿物主要是针铁矿和赤铁矿，比例大约是1.5∶1。针铁矿中部分的 Fe原子被 Al原子所取代，经测定，形成的针铝铁矿的组成在 Fe0.9Al0.1OOH 至Fe0.8Al0.2OOH范围内。在对黔西南老万场金矿粘土层的矿物分析表明，高岭石、针铁矿和绿泥石是粘粒级的主要部分。含铁的矿物，例如辉石、角闪石、硫化物等，在表生条件下发生风化可使铁氧化进入到表生溶液中，形成铁的氢氧化物和氧化物，其中最主要稳定矿物是针铁矿、赤铁矿。事实表明，赤铁矿在酸性条件下可生成针铁矿，在酸性条件下，赤铁矿发生了溶解。在硫酸盐体系中，针铁矿的生成还受到 Fe3+和的制约［7］。

2　结语

本文介绍了AMD进入天然水体后形成的常见沉淀物，包括水铁矿、施氏矿物及针铁矿，介绍了其结构及基本性状，希望对以后研究AMD产生的沉积物中矿物组成方面提供一定的依据。

［1］MargareteKalin，AndrewFyson，WilliamN.Wheeler.The chemistry of conventional and altemative treatment systems for the neutralizationofacidminedrainage［J］.Seienceofthetotal Environment，2006，366（2-3）：395-408.

［2］Majzlan J，Navrotsky A，Schwertmann U.Thermodynamics of iron oxides：PartⅢ.Enthalpies of formation and stability of ferrihydrite［J］.Geochimical Et Cosmochimica Acta，2004，68（5）：1049-1059.

［3］Hochella M F，Moore J N，Golla U，et al.A TEM study ofsamplesfromacidminedrainagesystems：metal-mineral associationwithimplications for transport［J］.Geochimical Et Cosmochimica Acta，1999，63（19-20）：3395-3406.

［4］Fuller C C，Davis J A，Waychunas G A.Surface chemistry of ferrihydrite： Part2.Kineticsofarsenateadsorptionand coprecipitation［J］.Geochimica Et Cosochimica Acta，1993，57（10）：2271-2282.

［5］StePhanieOuvrard，MarieodileSimonnot，.Diffusion-Controlled adsoption of arsennte on a natural managanese［J］，2002，41（24），6194-6199.

［6］Raven，K.P.，Jain，A.，LoePPert，R.H.Arsenite and arsenate adsorptiononferrihydrite：kinetics，eequilibriumandadsorption envelopes［J］，Environmental Science Technology，1998（32），34-39.

［7］古绪鹏，陈同云.针状超微铁黄形成机理的研究［J］.无机盐工业，2001，22（4）：8-9.

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ADOI编号：10.14025/j.cnki.jlny.2016.15.061

徐秀月，硕士，外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院），研究方向：酸性矿山废水的生态修复；王宁宁，硕士，外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院），研究方向：酸性矿山废水的生态修复。